铅卤钙钛矿量子点的研磨合成、光学性能及其在白光LED应用的研究
发布时间：2021-07-21 05:22
近年来铅卤钙钛矿量子点作为一种新型光电材料被广泛研究,因其所具备优秀的光电特性,铅卤素钙钛矿涉及的应用领域也非常广泛,在发光二极管、激光、X射线成像、闪烁体和光电探测器都有着众多的研究成果。其中,铅卤素钙钛矿发光二极管由于其电致发光效率的快速提高更是受到了全世界研究者的特别关注。在这种情况下,关于如何更便捷高效的合成优秀铅卤钙钛矿量子点的研究也显得至关重要。本文中主要是提出使用一种新的方式能够更加高效便捷合成铅卤钙钛矿量子点,并使用这种方法实现Mn2+掺杂。进一步的,对研磨法的合成机理进行分析,并对所制备材料从微观结构、光学特性以及白光LED的应用方面做了进一步研究。具体工作:第二章中主要介绍了一种新型室温下制备铅卤钙钛矿量子点的方法,通过简单研磨实现ABX3型钙钛矿量子点的制备,这一策略解决了以往合成过程中需要前驱体溶解、大气保护和高温等苛刻条件。并且对实验现象的分析中提出钙钛矿结构的形成是由PbX2和AX混合后自发形成的,研磨的过程是帮助形成更多的钙钛矿结构以及将大颗粒钙钛矿变为纳米级别。令人惊喜的是,这种方式所制备的钙钛矿纳米晶能够产生可见光到近红外的全波长范围内的发光,最大光致...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
胶体钙钛矿量子点的基本结构，立方体和正交畸变的三维钙钛矿和共享面/边的
杭州电子科技大学硕士学位论文81.2.2铅卤钙钛矿量子点光学特性铅卤素钙钛矿量子点是一种直接带隙半导体，也就是价带中的最大值和导带中的最小值在空间上处于同一个位置。图1.2中给出了简化过的铅卤素钙钛矿能带形成示意图，并给出导带和价带的位置。对于铅卤素钙钛矿量子点的电子结构众多报道有着相似的结论，即激子的复合几乎都发生在量子点的边带位置，并且中间的铅卤八面体(PbX64+)结构主导了量子点中的能带结构。经研究表明，其中Pb2+离子的6s轨道和卤素离子的np轨道构成了量子点中的价带，其中卤素离子的np轨道占据着主导地位，而Pb离子的6p能级构成了量子点中的价带[24-27]。并且，这个理论模型已经得到了能带计算结果的确认[28]。值得注意的是，铅卤素钙钛矿量子点中的A位置离子的轨道并没有参与到半导体的能带中，但是A位置离子的变化会造成晶格的变化，进而对能带结构进行微调。经过计算的立方相CsPbCl3、CsPbBr3和CsPbI3的能带结构在图1.2中给出(价带顶的位置均为(0eV)，可以看出从CsPbCl3到CsPbI3能带逐渐减小[29]。显而易见的，铅卤素钙钛矿量子点的这种具有全谱发光的性能正是来源于能带的变化，而能带的改变正是来源于不同的卤素离子。图1.2(a)为APbX3成键/反键轨道的示意图，展现了价带(VB)和导带(CB)的形成过程;(b)为立方CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿的电子能带结构事实上，卤素离子的p轨道能级逐渐升高，Cl-离子为3p，Br-离子为4p，而I离子为5p。而主要构成导带的Pb的6p能级是并没有发生太大的改变。并且这个理论得到了实验上的支撑。Ravi等人通过循环伏安法测量了无机钙钛矿量子点CsPbX3的能带能量[27]，结果发现当钙钛矿的组成从CsPbCl3变化到CsPbI3的过程中，导带的位置从-3.26eV变化到了-3.
杭州电子科技大学硕士学位论文9铅卤素钙钛矿量子点优异的光学性能例如可调谐带宽，窄的发射峰宽和高的量子产率主要来源于其量子限域效应。实际上，在之前的研究中，硫系半导体已经实现了这些性质，但是传统的硫系半导体量子点只有在尺寸与其波尔激子半径(大约5nm)相近的时候才会展现出强烈的发光，因为只有在这种情况下会大大增加载流子的辐射跃迁几率[31]。不幸的是，由于这种对量子限域效应的严苛的要求会导致量子点的尺寸分布不均匀，并且会导致比表面积的增大，随之而来是缺陷密度的升高[32]。另一方面，传统量子点的自吸收效应和共振能量转移效应会导致其成膜后发光红移，和分散在溶液中相比发光强度会下降[33]。但是对于铅卤素钙钛矿量子点来说，成膜后其发射峰的位置并不会发生很大的改变(图1.3)。图1.3(a)和(b)图表示通过发射谱比较CdSe/CdS–ZnS核壳量子点和CsPbBr3量子点在色散溶液中的光学性质;(c)和(d)图表示CdSe/CdS–ZnS核壳量子点和CsPbBr3量子点的寿命衰减谱。除此之外，铅卤素钙钛矿量子点的激子复合寿命并不会受激发波长的变化而变化，并且发光位置也不会受到温度的影响(图1.4)。铅卤素钙钛矿量子点的这些优异的光学性能是由于其强烈的激子复合发光，在该体系中，载流子的输运仅仅受到很微弱的限制，并且激子复合能对量子点的尺寸反应不敏感[34]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光电器件用CsPbBr3钙钛矿量子点的光稳定性研究（英文）[J]. 陈俊生,刘东州,Mohammed J.Al-Marri,Lauri Nuuttila,Heli Lehtivuori,郑凯波. Science China Materials. 2016(09)
本文编号：3294400
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
胶体钙钛矿量子点的基本结构，立方体和正交畸变的三维钙钛矿和共享面/边的
杭州电子科技大学硕士学位论文81.2.2铅卤钙钛矿量子点光学特性铅卤素钙钛矿量子点是一种直接带隙半导体，也就是价带中的最大值和导带中的最小值在空间上处于同一个位置。图1.2中给出了简化过的铅卤素钙钛矿能带形成示意图，并给出导带和价带的位置。对于铅卤素钙钛矿量子点的电子结构众多报道有着相似的结论，即激子的复合几乎都发生在量子点的边带位置，并且中间的铅卤八面体(PbX64+)结构主导了量子点中的能带结构。经研究表明，其中Pb2+离子的6s轨道和卤素离子的np轨道构成了量子点中的价带，其中卤素离子的np轨道占据着主导地位，而Pb离子的6p能级构成了量子点中的价带[24-27]。并且，这个理论模型已经得到了能带计算结果的确认[28]。值得注意的是，铅卤素钙钛矿量子点中的A位置离子的轨道并没有参与到半导体的能带中，但是A位置离子的变化会造成晶格的变化，进而对能带结构进行微调。经过计算的立方相CsPbCl3、CsPbBr3和CsPbI3的能带结构在图1.2中给出(价带顶的位置均为(0eV)，可以看出从CsPbCl3到CsPbI3能带逐渐减小[29]。显而易见的，铅卤素钙钛矿量子点的这种具有全谱发光的性能正是来源于能带的变化，而能带的改变正是来源于不同的卤素离子。图1.2(a)为APbX3成键/反键轨道的示意图，展现了价带(VB)和导带(CB)的形成过程;(b)为立方CsPbX3(X=Cl,Br,I)钙钛矿的电子能带结构事实上，卤素离子的p轨道能级逐渐升高，Cl-离子为3p，Br-离子为4p，而I离子为5p。而主要构成导带的Pb的6p能级是并没有发生太大的改变。并且这个理论得到了实验上的支撑。Ravi等人通过循环伏安法测量了无机钙钛矿量子点CsPbX3的能带能量[27]，结果发现当钙钛矿的组成从CsPbCl3变化到CsPbI3的过程中，导带的位置从-3.26eV变化到了-3.
杭州电子科技大学硕士学位论文9铅卤素钙钛矿量子点优异的光学性能例如可调谐带宽，窄的发射峰宽和高的量子产率主要来源于其量子限域效应。实际上，在之前的研究中，硫系半导体已经实现了这些性质，但是传统的硫系半导体量子点只有在尺寸与其波尔激子半径(大约5nm)相近的时候才会展现出强烈的发光，因为只有在这种情况下会大大增加载流子的辐射跃迁几率[31]。不幸的是，由于这种对量子限域效应的严苛的要求会导致量子点的尺寸分布不均匀，并且会导致比表面积的增大，随之而来是缺陷密度的升高[32]。另一方面，传统量子点的自吸收效应和共振能量转移效应会导致其成膜后发光红移，和分散在溶液中相比发光强度会下降[33]。但是对于铅卤素钙钛矿量子点来说，成膜后其发射峰的位置并不会发生很大的改变(图1.3)。图1.3(a)和(b)图表示通过发射谱比较CdSe/CdS–ZnS核壳量子点和CsPbBr3量子点在色散溶液中的光学性质;(c)和(d)图表示CdSe/CdS–ZnS核壳量子点和CsPbBr3量子点的寿命衰减谱。除此之外，铅卤素钙钛矿量子点的激子复合寿命并不会受激发波长的变化而变化，并且发光位置也不会受到温度的影响(图1.4)。铅卤素钙钛矿量子点的这些优异的光学性能是由于其强烈的激子复合发光，在该体系中，载流子的输运仅仅受到很微弱的限制，并且激子复合能对量子点的尺寸反应不敏感[34]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]光电器件用CsPbBr3钙钛矿量子点的光稳定性研究（英文）[J]. 陈俊生,刘东州,Mohammed J.Al-Marri,Lauri Nuuttila,Heli Lehtivuori,郑凯波. Science China Materials. 2016(09)
本文编号：3294400
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